地理空间信息服务

引言

课程内容

地理空间信息服务是GIS的末游出口

1. 和地理信息的关联与区别
2. 和WebGIS课程的关联与区别
3. 为什么GIS专业课程收尾阶段才上

什么是地理信息

地理实体是指地球空间上不能连续分割的单元,地理实体的界定依赖与研究的空间尺度. 地理特征对地理实体的描述. 地理数据是地球表面地理特征及其之间关系的符号化表示. 地理空间信息反映了地理空间要素的位置以及与该实体相关联的各种属性.

地理空间信息是地理信息在空间尺度上特有的语义表达. > 地理信息 vs 地理空间信息前者侧重对地球表面地物的描述;后者包括了室内外,地上下所有空间域的静态,动态信息.

地理信息(GIS)的含义

GISystem	GIService	GIScience
强调“GIS”工程技术的一面,被定义为“信息系统有关地理信息的分支”	强调“GIS”产业的一面,即用“4A”回答“4W”问题	强调“GIS”学科的一面

在地理信息科学（GIS）中，“4A”和“4W”是两种描述地理信息核心要素的框架：

4A

1. Anybody（任何人）：强调地理信息的用户普适性，包括公众、企业、政府等不同角色。
   
2. Anytime（任何时间）：体现数据的时效性和动态更新能力，支持实时或历史分析。
   
3. Anywhere（任何地点）：覆盖全球或局部空间范围，支持多尺度应用。
   
4. Anything（任何对象）：可处理自然、人文、经济等多类型地理实体或现象。

4W

1. What（什么）：描述地理对象的属性（如类型、数量）。
   
2. Where（位置）：空间定位（坐标、拓扑关系）。
   
3. When（时间）：数据的时间属性（采集时间、变化过程）。
   
4. Why（原因）：分析空间现象背后的机理或驱动因素。

区别：
- 4A 侧重地理信息的服务和应用场景（用户视角）。
- 4W 侧重数据本身的描述与分析框架（数据视角）。

两者共同支撑GIS的完整性与实用性。

地理信息科学是基础,地理信息技术是支撑,地理信息工程是科学和技术转换为生产力的关键,发展地理信息产业,服务于社会对地理信息的需求是关键.

地理空间信息共享与互操作

必要性 空间数据具有异构性.

空间数据异构性产生的原因

1. 数据内容与来源的差异性;
2. 空间数据模型的差异性;
3. 支撑软件平台的差异性.

技术方法

1. 外部数据交换. 将内部数据结构抽象为外部数据结构交换
2. 不同系统之间的数据转换. 直接读内部格式
3. 基于公共交换格式标准的数据交换.

ex. 统一的CIM三维模型

基于互操作协议的空间数据互操作(OGIS)

地理信息标准化是关键. 是促进地理空间信息产业形成和发展的必要条件.

地理信息行业标准化(OGC)

ISO/TC 211

使命为空间信息产品与服务定义互操作

OGC 规范特点

1. 以大多数行业标准为基础
2. 以自愿为基础的标准(不要求每个人使用)
3. OGC的规范非常有影响(ISO/TC 211紧密合作;多数GIS销售商采用该标准)

意义和作用

1. 促进空间数据的使用及交流
   1. 数据质量
   2. 数据库设计
2. 促进地理空间信息共享: 地理信息的社会化应用就是数据提供商,服务提供商和用户之间的标准化.

内容

1. 软件工具
2. 数据
3. 系统开发
4. 服务
5. 其他: 名词术语, 管理

地理信息标准

空间元数据的基本概念

空间元数据(Metadata)是关于地理相关数据和信息资源的描述性信息. 地理空间数据(Spatial data)用于确定具有自然特征或者人工建筑特征的地理实体的地理位置,属性及其边界信息. 类型(Type)数据能接受的值的类型 对象(Object)对地理实习的部分或整体的数字表达 实体类型(Object Type)对具有相似地理特征的地理实体集合的定义和描述 点(Point)位置约定的零维地理对象 结点(Node)拓扑结构中的点对象 标识点(Label note)用于特征表示的参考点 线段(Line)两个点之间的直线段 串(String)一系列线段组成的没有分支的线段的序列 弧(Arc)用数学表达式确定的点集组成的糊状曲线 链(Link)两个结点之间的拓扑关联 链环(Link Ring)多条链相接无分支 环(Ring)封闭状不想切链环或弧段序列 格网(Grid)组成一规则或近似规则的棋盘镶嵌表面的格网集合 格网单元(Grid cell)表示格网的最小单元 矢量(Vector)有向线的组合 栅格(Raster)同一个网或数字影像的一个或多个叠加层 栅格对象(Raster Object)一个或多个影像或格网,每个影像或格网表示一个数据层,各层之间单元一致或相互嵌套 数据层(Data layer)继承到一起的面域分布空间数据集,表示一个主体中的实体 经圈(Meridian)穿过地球量级的地球大圆圈 投影(Projection)将地球球面坐标中的空间特征(集合)转换为平面空坐标体系是使用的数学转化方法 投影参数(Project Parameter)对数据集进行投影操作时用于控制投影误差,变形实际分布的参考特征 地图(Map)空间现象的空间表征,通常以平面图形表示. 坐标(Coordinate)在笛卡尔坐标系中沿平行于X轴和Y轴测量的坐标值. 现象(Phenomenon)事实,发生的事件,状态etc 分辨率(Resolution)能区分开的两个独立测量或计算的值的最小差值 质量(Quality)数据符合一定使用要求的基本或独特的性质 介质(Media)用于记录,存储或传递数据的物理设备.

空间元数据的内容

元数据一般内容

1. 对数据集的描述对数据集的各数据项,数据来源,数据所有者及数据序代等的说明
2. 对数据质量的描述数据精度,数据逻辑一致性,数据完整性,分辨率,元数据的比例尺
3. 对数据处理信息的说明量纲etc
4. 对数据转换方法的描述
5. 对数据库的更新,集成等的说明

元数据的分类

按用途划分

1. 科研型元数据帮助科研工作者搞笑获取所需数据.
2. 评估型元数据服务于数据利用的评价,内容包括数据最初手机情况,收集数据所用的一起,数据获取的方法和依据etc
3. 模型元数据用于描述数据模型的元数据,与描述数据的元数据在结构上大致相同.

按对象划分

1. 数据层元数据描述数据集每个数据的元数据
2. 属性元数据属性数据的元数据
3. 实体元数据整体层面的元数据

按作用划分

1. 说明元数据为用户使用数据服务的元数据,多维描述性信息
2. 控制元数据用于计算机操作流程控制的元数据,由一定的关键词和特定的句法来实现.

建立元数据标准的必要性

空间数据元数据标准的建立是空间数据标准化的前提和保证,只有建立起规范的空间数据元数据才能有效利用空间数据.

地理空间信息元数据的标准

1. FGDC空间元数据标准

美国联邦地理数据委员会成立.

包括7个子集和3个依附子集 | 信息项 | 说明 | | – | – | | 标识信息 | 手机利空可哦嫩西米粽 | | 数据质量信息 | 数据质量总体评价 | | 空间组织信息 | | | 空间参考信息 | | | 实体和属性信息 | 关于数据集内容的细节信息,包括实体类型,他们的属性及属性的值域 | | 发行信息 | | | 引用信息 | | | 时间范围信息 | | |联系信息 | |

2. ISO/TC211 空间元数据标准

定义了两级元数据,第一级元数据包含了53个元数据元素,二级元数据提供了更完整的元数据信息.

地理信息共享编码标准(GML)

GML(Geography Markup Language)是一种用于存储和传输地理及与地理相关的XML编码语言,包括了地理要素(Feature)和层(Coverage)的空间与非空间特征. GML是一种基于XML的地理要素描述语言标准(XML Schema). 3.2.1版本的GML中包含7个顶级XSD.

KML：结构简单，包含点、线、面、叠加层等直观元素，支持样式（颜色、图标）和动态视图（相机视角）。 GML：结构复杂，定义严格的地理要素模型（如拓扑关系、坐标系），支持元数据和扩展性，适合数据互操作。

GML格式

GML基本格式

1. 几何模式(geometry.xsd) 详细的基本空间几何组件定义
2. 特征模式(ffeature.xsd) 基本的地物特征和属性
3. 链接模式(llinks.xsd)

GML 3.x对GML2.0进行了大量扩充,基本模式由3个增加到30 个, 用户可以有选择的使用需要的部分.

GML 观测模式(observation.xsd)对观测行为建模

网络地理信息服务

地理信息平台建设网络化

数据获取,数据处理,数据分析平台网络化 ### 平台数据来源 1. 物联网技术产生的时空大数据 2. 人类活动数据 3. 传感器网络下专业采集的数据

广义网络GIS软件计算模式协议栈

1. 软件计算模式
2. 数据表现和编码
3. 网络通信协议

狭义网络GIS

基于C/S模式的网络GIS

在C/S模式下, 服务器只集中管理数据,计算任务分散在客户机上,客户机和服务器之间通过网络协议来进行通讯.

1. 相应速度快
2. 操作页面直观,形式多样,简单方便
3. 业务变更麻烦,业务拓展困难,维护管理成本高

基于B/S模式的网络GIS

即WebGIS以互联网为环境,以Web页面为GIS页面向用户提供服务

基于WebService的网络GIS

将地理技术和WebService分布式计算技术相结合的产物,将地理信息系统脚骨在WebService上可轻松实现地理信息互操作,实现透明的数据和功能跨平台无缝访问.

1. 依赖于Internet
2. 实现了信息和数据的共享
3. 业务变更简单,业务拓展容易,维护成本低

移动与嵌入式网络GIS

以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪.

基于Grid的网络GIS

指实现广域网络环境中的空间信息共享和协同服务的分布式GIS软件平台和技术体系.

网络GIS实现的技术方法

技术类型	优点	缺点
CGI方法	完全的瘦客户端	网络传输和服务器的负载重
GIS 插件模式	将一部分服务器功能转移到客户端,速度快	需要先安装才能使用
ActiveX控件技术	执行速度快,具有动态可重用的代码模块	与操作系统相关: 需要下载,安装,对于不同GIS类型需要有相应的空间支持
Java Applet技术	与平台和操作系统无关,实时下载运行	GIS数据保存分析结果的存储和网络资源的使用能力有限

地理信息网络服务内容

1. 地图服务. 企业级数据整合和可视化
2. 查询分析与辅助决策服务.
3. (基于)位置服务.

面向服务的体系结构(SOA)

Web Service 是技术规范,SOA是设计原则. 从本质上讲, SOA是一种架构模式, 而Web service是利用一组标准实现的服务.

Web Service是实现SOA的方式之一.

Web Services的目标是即时装配,松散耦合以及自动集成.

SOA 相关标准

通过中间服务商转发布和请求(超市)

SOA角色 Service Provider, Service Broker, Service Requester. 1. SOAP 简单对象访问协议. 用于实现异构应用系统之间的信息交换和互操作. 2. WSDL 描述服务

空间数据服务

网络地图服务WMS

定义 根据地理信息动态地生成具有空间参考数据的地图的服务.

• 以数据影像的方式描绘的地理信息, “渲染后”, 是一个动态绘图的过程

基本WMS

GetCapabilities操作

获取服务元数据, 返回结果描述了服务的信息以及服务请求的参数, 具有可读性.

1. Names and titles
2. General service metadata
3. Capability metadata: 服务支持的操作etc
4. Layers and styles

GetMap操作

返回地图(必选操作)

GetFeatureInfo

向WMS请求更多关于地图的信息

网络要素服务WFS

定义在基于HTTP协议的分布式计算环境下提供了地理要素访问和操作接口.

网络覆盖服务WCS

定义 将地理空间数据通过coverage的形式提供数字化地理信息, 可以用来描述任何随时间变化的现象.(专注于原始栅格/覆盖数据，保留数值信息)

数据处理服务

WPS定义一个标准接口,可以通过网络来配置任何功能的GIS空间数据处理功能.

GetCapabilities 查询可用的WPS方法

空间信息注册服务<目录>

用来描述支持空间地理信息组织,发现和访问的服务接口.一个目录服务可以理解为一个特定的描述地理资源的数据库.

目录服务模式定义了如何来描述资源的结构和内容信息. 目录服务可以提高搜索的查全率和查准率.

1. 对数据的描述进行不同的结构化组织
2. 维护和组织数据更加容易
3. 提供描述资源的标准方法
4. 用户可以查找有关资源的信息
5. 资源已经发现就可以被访问
6. 以多种方式访问同一种资源
7. 从多个源, 格式和位置远程访问资源

Open GIS目录服务规范– ISO Metadata Application Profile

传感器网络

Sensor Web Vision

• be web accessible
• be discoverable
• self-containing
• standardized web services
• mining of observations
• issuing alerts based on observations, as well as be able to respond to alerts.
• be capable of on-demand geolocation and processing
• be condifured and tasked
• be able to act on their own.

传感网SWE基本概念

SWE 的作用

1. 基于WWW的sensor web服务提起
2. 基于web的plug and play传感器网络设施